Regelungssystem zur Regelung der Abgasrückführrate mittels virtuellem NOx- Sensors mit Adaption über einen NOx-Sensor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine unter Berücksichtigung eines NOx-Verhaltens sowie eine Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einer Abgasrückführung.

Es ist bekannt, dass für eine Reduktion von Stickoxidemissionen bei Dieselmotoren ein Teil eines Abgases zurückgeführt wird. Dadurch soll eine Sauerstoffkonzentration am Motoreintritt reduziert werden. Diese Abgasrückführung beeinflusst durch die Höhe einer Abgasrückführrate unter anderem eine Ladelufttemperatur wie auch einen Ladedruck, der insbesondere bei großen Nutzfahrzeugen durch eine Aufladung erzeugt wird. Insbesondere bei großen Nutzfahrzeugen ist der Wunsch vorhanden, dass Stickoxidemissionen wie auch Partikelemissionen direkt gemessen und auch geregelt werden könnten. Während NOx-Sensoren daher bereits in Serienproduktionen vorhanden sind, befinden sich Partikelsensoren jedoch noch im Entwicklungsstadium. Eine Regelung, die auf Basis eines Signals vom NOx-Sensor basiert, ist zwar möglich; problematisch hierbei kann jedoch sein, dass das so erzeugte Sensorsignal unter dynamischen Betriebsbedingungen nicht den aktuellen Stickoxidwert sondern nur einen zeitlich verzögerten Stickoxidwert anzeigen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelung zu ermöglichen, die einer zeitlichen Verzögerung durch einen NOx-Sensor Rechnung trägt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einer Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Es wird vorgeschlagen, dass ein Verfahren zum Einstellen einer Abgasrückführung einer Verbrennungskraftmaschine unter Berücksichtung eines NOx-Verhaltens ausgeführt wird, wobei eine Regelung eine Koppelung einer virtuellen NOx-Bestimmung mit einer realen NOx-Regelung vorsieht. Dieses Verfahren kann insbesondere vorteilhaft bei einer speziel- len Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine ausgeführt werden, die ebenfalls vorgeschlagen wird. Diese weist zumindest eine Abgasrückführung, eine Ladedruckaufladung, einen Dieselpartikelfilter, einen Katalysator, einen NOx-Sensor und eine erste Re-

gelung bezüglich einer Rückführungsrate eines Abgasstromes zur Einstellung eines NOx- Wertes auf. Eine erste Regelung weist erste Regelungsmittel auf, die einen virtuellen NOx-Sensor simulieren, zweite Regelungsmittel, die eine adaptierte Regelung des virtuellen NOx-Sensors ausführen, und dritte Regelungsmittel, die eine NOx-Regelung verwirkli- chen, wobei die erste Regelung derart aufgebaut ist, dass der virtuelle NOx-Sensor eine Voreinstellung für die erste Regelung vorgibt.

Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ist beabsichtigt, dass eine Regelung eines Ab- gasrückführungsmassenstroms ermöglicht wird. Es wird bevorzugt ein Abgasrückfüh- rungsmassenstrom als Regelgröße genutzt. Die Regelung des Abgasrückführungsstroms hat den Vorzug einer schnelleren Regelung im Vergleich zu einer Einstellung eines Aufladedrucks. Eine Einstellung des Aufladedrucks kann allerdings im Rahmen einer Gesamtregelung mitintegriert werden. über die Einstellung des Abgasrückführungsmassenstroms wird beispielsweise ein Sauerstoffgehalt im Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine ermittelt, vorzugsweise gemessen an einem Eintrittsbereich in die Verbrennungskraftmaschine. Ein virtueller Sensor, vorzugsweise ein entsprechendes NOx-Modell, analysiert vorzugsweise einen virtuellen Sauerstoffgehalt, welcher beispielsweise durch einen adaptierten Wert korrigiert wurden, wodurch auf einen virtuellen NOx-Wert im Abgas geschlossen werden kann.

Eine Adaption wird beispielsweise in Bezug auf das genutzte NOx-Modell ausgeführt. Dieses weist vorzugsweise adaptive Anteile auf. Eine weitere Adaption kann beispielsweise im Bereich einer Ermittlung eines Massenstroms erfolgen So kann zum Beispiel ein Massenbeladungsmodell adaptiert werden. Vorzugsweise stellt das Massenbeladungs- model auf eine Zylindermasse ab. Durch dessen Adaption ergibt sich eine genauere Ermittlung der notwendigen Werte insbesondere gegenüber einer ansonsten aus Gesamtmessungen abgeleiteten einzelnen Zylinderbefüllung. Wird beispielsweise ein Abgasrückführungsmodell verwendet, so kann dieses gemäß einer Ausgestaltung ebenfalls eine Adaption aufweisen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, auch ein Partikel-Modell, bei- spielsweise ein Partikelfilter-Modell zu integrieren. Damit besteht die Möglichkeit, beispielsweise eine Partikelkonzentration im Abgas einzustellen. Vorzugsweise wird eine Partikelkonzentration im Abgas im Rahmen der Regelung berücksichtigt und kann somit zu einer Anpassung eines einzustellenden NOx-Wertes führen. Das vorgeschlagene Partikel-Modell kann gemäß einer Weiterbildung auch eine Partikelfilterbeladung berücksich- tigen. Daraus kann eine Strategie zur Regeneration eines Partikelfilters gewonnen werden. Beispielsweise kann über das Modell berechnet werden, wann eine Regeration unter NOx-Gesichtspunkten auszuführen sei. Auch besteht die Möglichkeit, auf eine Rauchent-

wicklung durch Partikel im Betrieb abstellen zu können. Für einen Rauchwert, eine Partikelbeladung eines Partikelfilters wie auch für eine Partikelkonzentration im Abgas kann das Modell oder die Regelung Grenzwerte vorgegeben haben, die Berücksichtigung finden.

Vorteilhaft ist es, dass durch die vorgeschlagene Kombination einer Stickoxid-Regelung auf ein virtuell berechnetes schnelles NOx-Signal und eine Adaption eines virtuellen Stickoxid-Signals über einen NOx-Sensor transiente Vorteile einer virtuellen NOx-Regelung mit einem Vorteil einer Erhöhung der Genauigkeit einer direkten Regelung auf das NOx- Signal eines NOx-Sensors ermöglicht wird. Hierzu wird des Weiteren vorgeschlagen, dass eine Regelgröße der NOx-Regelung mittels eines virtuellen NOx-Sensors bestimmt wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine virtuelle NOx-abhängige Regelgröße mit einem aus einem Kennfeld bestimmten NOx-Sollwert verglichen wird. Als eine Stellgröße für eine virtuell ermittelte NOx-Regelgröße wird beispielsweise ein Abgasrückführungs- Massenstrom genutzt, im Folgenden AGR-Massenstrom genannt. Eine weitere Beschleunigung des Reglerverhaltens ist dadurch möglich, dass die Regelung auf ein Abgasrückführungsmodell zurückgreift. Das Abgasrückführungsmodell kann hierbei ein oder mehrmals vorliegen, insbesondere davon abhängig, ob es eine Niederdruck wie auch eine Hochdruckabgasrückführung bei der Verbrennungskraftmaschine gibt. Vorzugweise wird das jeweilige Abgasrückführungsmodell der Regelung in einem quasi stationären

Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Signals des NOx-Sensors abgeglichen. Dieses hat der Vorteil, dass das Abgasrückführungsmodell somit auch selbstlernend ausgeführt sein kann. Einerseits werden bei dem Abgleich notwendige Korrekturen vorgenommen, zum anderen vorzugsweise auch eine Basis an Lernwerten erhöht. Auf Basis dieser Lernwerte kann das Abgasrückführungsmodell interpolieren wie auch extrapolieren. Das Abgasrückführungsmodell kann hierzu beispielsweise auf Simulationstechniken der neuronalen Netzwerktechnik, auf Fuzzi-Modelle wie insbesondere aber auch auf Gleichungssysteme abstellen, die sich auf Basis der Verbrennungskraftmaschine, der darin vorhandenen oder angeschlossenen Komponenten und über Bilanzgrenzen bestimmte Größen ergeben.

Die Regelung sieht des Weiteren vor, dass ein PID-Regler zum Regeln eines virtuell bestimmten NOx-Werts genutzt wird. Zum einen ermöglichst dieses, dass bisher schon vorhandene Regelungen, die einen PID-Regler aufweisen, durch Integration des virtuellen NOx-Sensors erweitert werden können. Zum Anderen erlaubt die Nutzung des PID- Reglers die insbesondere in trasienten Bereichen schnelle Reaktion.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine virtuell ermittelte NOx-Regelgröße im Rahmen einer adaptierten Regelung angepasst wird. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die adaptierte Regelung einen realen NOx-Sensor nutzt. Die Adaption wird beispielsweise jedoch bei schnellen Lastwechseln ausgesetzt. Hierbei hat sich herausge- stellt, dass oftmals die Dynamik zu hoch ist, als dass die adaptierte Regelung in der Lage wäre, eine vernünftige Anpassung der virtuellen ermittelten NOx-Regelgröße ermöglichen zu können. Gemäß einer Weiterbildung ist allerdings vorgesehen, dass auch bei schnellen Lastwechselreaktionen eine Adaption ausgeführt wird. Diese kann beispielsweise in einem gespiegelten System ausgeführt werden und im Anschluss an den oder die Last- Wechsel auf Verwertbarkeit der Adaptierung überprüft werden. So kann beispielsweise zwar eine Adaption bei Transienten für die eigentliche Regelung ausgesetzt werden. Durch einen Vergleich der ohne Adaption ermittelten Werte und der im gespiegelten System mit Adaption erhaltenen virtuellen Werte kann jedoch durch entsprechende Lernalgorithmen vorgesehen sein, dass eine Güte des gespiegelten Systems geschaffen wird, so dass bei einer Mindestgüte auch bei schnellen Lastwechseln die Regelung die Adaption durch Anwendung des im gespiegelten Systems ermittelten angepassten Modells nutzt. Die Adaption als Lernfunktion nutzt vorzugsweise einen realen NOx-Sensor, kann jedoch auch auf andere Sensoren oder Daten zurückgreifen.

Eine Beschleunigung des Verfahrens ergibt sich für die Regelung, wenn die Regelung eine innere und äußere Kaskade betreibt. Die innere Kaskade greift hierbei vorzugsweise auf eine Lambda-Sonde zurück, während die äußere Kaskade vorzugsweise auf einen realen NOx-Sensor zurückgreift. Durch die Nutzung der Lambda-Sonde in der inneren Kaskade wird ein schnellerer Signalfluss ermöglicht. Die Lambda-Sonde ist weniger träge als die zur Zeit auf dem Markt befindlichen realen NOx-Sensoren. Die Lambda-Sonde wird insbesondere dazu genutzt, einen Abgleich einer Luftbestimmung auszuführen. So kann beispielsweise das Abgasrückführungsmodell einen Luftstrom an verschiedenen Orten jeweils vorsehen. Die Lambda-Sonde kann für einen Abgleich dieser virtuell ermittelten Werte genutzt werden. Die äußere Kaskade wird insbesondere für einen Abgleich einer NOx-Bestimmung genutzt. Hierzu können die vom realen NOx-Sensor ermittelten Werte mit denen verglichen werden, die im Abgasrückführungsmodell bzw. durch den virtuellen NOx-Sensor genutzt bzw. ermittelt werden. Insbesondere kann mit der äußeren Kaskade sichergestellt werden, dass die modellhaft ermittelten Werte überprüfbar bleiben.

Neben dieser Ausgestaltung hat sich ebenfalls eine Kaskadenregelung bewährt, bei der die äußere Kaskade schneller reagiert als die innere Kaskade. Hierbei kann beispielswei-

se ein realer NOx-Sensor in der innere Kaskade eingehen, während virtuell ermittelte Werte, vorzugsweise Sauerstoffwerte, in die äußerer Kaskade eingehen.

Neben einer Kaskadenregelung besteht weiterhin die Möglichkeit, dass ergänzend dazu oder anstelle der Kaskadenregelung eine Vorregelung vorgesehen ist. Hierbei kann beispielsweise das modellhaft gewonnene virtuelle Signal eine erste Anpassung des NOx- Wertes vorgeben, das sodann über die entsprechende Regelung unter Heranziehung der Werte vom realen NOx-Sensors weiterbehandelt wird. Des Weiteren können auch eine Stelig rößenaufschaltung, beispielsweise eine Hilfsstellgröße aufgeschaltet werden, eben- so wie auch eine Hilfsregelgröße aufschaltbar wäre. Auch besteht die Möglichkeit eine Folgeregelung mit Vorsteuerung vorzusehen, insbesondere mit einer Aufschaltung der Ableitung der jeweiligen Führungsgrößen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Lambda-Sonde im Luftpfad angeordnet ist, beispielsweise im Saugrohr. Damit kann ein Sauerstoffgehalt messtechnisch ermittelt werden, der vor der Verbrennungskraftmaschine sich ergibt. Dieser kann zwar weiterhin über ein Model berechnet werden, muss aber nicht unbedingt. Wird ein Modell zur Sauerstoffermittlung genutzt, beispielsweise als ein virtueller Sauerstoffsensor, kann dieses auch mit den Werten der Lambda-Sonde adaptiert werden. Des Weiteren kann auch eine spezielle Lambda-Sonde im Luftpfad oder im Abgasstrang zum Einsatz gelangen, die besonders für den Einsatz im Kaltstart geeignet ist. Dieses können vorzugsweise Breit- band-Lambdasonden sein, insbesondere verbesserte Breitband-Lambda-Sonden, wie sie momentan in der Entwicklung sind. Die Lambda-Sonde kann beispielsweise ein Heizelement aufweisen. Sie kann beispielsweise so aufgebaut sein und/oder so betrieben werden wie es aus der DE 10 2004 057929 A1 hervorgeht, auf die im Rahmen der Offenbarung hingewiesen wird.

Bei einer bevorzugten Nutzung des Verfahrens insbesondere an einem Diesel- Nutzfahrzeugmotor wird die erste Regelung beispielsweise als eine übergeordnete äuße- re Regelkaskade aufgebaut, die eine zweite, innere Regelkaskade mit einer schnelleren Regelzeit als der der äußeren Regelkaskade aufweist. In Bezug auf diese Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschine ist des Weiteren vorzugsweise vorgesehen, das Bestimmungsmittel zur Ermittlung einer Sauerstoffkonzentration an einem Motoreintritt der Diesel-Verbrennungskraftmaschine und zur Ermittlung eines Sauerstoffgehalts eines zurück- geführten Abgases vorgesehen sind. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, dass das Modell abgeglichen werden kann bzw. durch direkte Bestimmung aus Korrelationen eine Korrelation einer Stickoxydkonzentration im Abgas berechnet werden kann. Eine derartige

Korrelation geht beispielsweise aus der Dissertation von O.E. Hermann an der RWTH Aachen hervor. Diese Dissertation trägt den Titel "Emissionsregelung bei Nutzfahrzeugmotoren über den Luft- und Abgaspfad". Auf diese Dissertation wird bezüglich der Korrelation im Umfang dieser Offenbarung verwiesen. Gleiches gilt auch für den grundsätzlichen Aufbau einer Regelung in Bezug auf ein Signal eines realen NOx- Sensors, wie es ebenfalls aus dieser Dissertation zu entnehmen ist. Insbesondere wird auch auf einen AGR-Regler verwiesen, der dort ebenfalls beschrieben ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Adaption zur Anpassung eines oder mehrerer Modelle der Regelung zum Abgleich von virtuell ermittelten Werten der Modelle in der Regelung der Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, die hierfür mit einem Signalfluss von der Lambda-Sonde wie auch von einer NOx-Sonde verbunden sind. Dieses ermöglicht insbesondere einen ständigen Abgleich und durch Ausnutzung der Lernfunktion ein verbessertes Verhalten der Diesel-Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschine. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die insbesondere durch das Modell und die Lernfunktion ermittelten Daten auch ausgelesen werden können. Wird dieses bei einer Mehrzahl von gleichen Diesel-Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschinen ausgeführt, können diese Daten zusammengeführt und durch eine entsprechende Aufbereitung, insbesondere jeweils gegeneinander gewertete Wichtung zu einem einzigen Datensatz zusammengeführt werden. Dieser Datensatz kann sodann als Voreinstellung in neue Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschinen hinterlegt werden.

Vorteile und weitere Merkmale der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeich- nungen näher erläutert. Dort beschriebene Merkmale sind jedoch nicht auf die jeweils dargestellte Ausgestaltung beschränkt. Auch sind die Figuren nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr können die dort dargestellten Merkmale mit anderen Merkmalen in anderen Ausgestaltungen wie auch mit denjenigen der oben beschriebenen Merkmale zu nicht näher ausgeführten Weiterbildungen verknüpft werden. Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer Diesel-Nutzfahrzeug-

Verbrennungskraftmaschine mit Aktorik und Sensorik;

Fig. 2: eine schematische übersicht über eine Adaption eines AGR-Massenstroms über eine Lambda-Sonde,

Fig. 3: eine schematische Ansicht einer Adaption eines NOx-Modells über einen

NOx-Sensor, und

Fig. 4: eine schematische Ansicht eines Massenstromermittlung mittels eines Massenbeladungsmodells.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine 1 mit jeweils zugehörigen angeschlossenen Aggregaten, Sensoren und Aktuatoren. Die Diesel-Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschine weist eine Hochdruck-Abgasrückführung 2 und eine Niederdruck-Abgasrückführung 3 auf. In einer Luftzuführung 4 zu der Diesel-Nutzfahrzeug- Verbrennungskraftmaschine 1 sind verschiedene Sensoren oder Vorrichtungen eingesetzt. Sensorstellen bzw. Sensoren sind in der Fig. 1 mit umrandeten Ziffern nochmals verdeutlicht. Wenn eine Luft durch die Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine 1 angesaugt wird, kann diese direkt bei Eintritt durch einen Luftmassensensor 5, insbesondere einen Heißfilmluftmassensensor gemessen werden. Ist, so wie dargestellt, die Niederdruck-Abgasrückführung 3 vorhanden, wird von dort zusätzlich Abgas zugeführt. Dieses kann es erforderlich machen, dass ein weiterer Luftmassenmesser 5 vorgesehen ist. In der Niederdruck-Abgasrückführung 3 ist vorzugsweise neben einem Stellventil 6 auch ein Kühler 7 angeordnet. Dadurch wird das zurückgeführte Abgas auf eine derartige Temperatur abgekühlt, dass ein Verdichter 8 eines Abgasturboladers in der Lage ist, einen ausreichenden Luftmassenstrom verdichtet der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen. Dem Verdichter 8 nachgeordnet ist vorzugsweise wiederum ein Kühler 7, um die bei der Verdichtung entstandene Temperatur im Gas abführen zu können. Dem so abgekühlten Gasstrom kann über die Hochdruck-Abgasrückführung 2 sodann weiteres Abgas, das über einen entsprechenden Kühler abgekühlt wurde, durch ein weiteres Stellventil 6 zugeführt werden. An einem Motoreintritt 9 sind vorzugsweise weitere Sensoren angeordnet, die Parameter für die Regelung aufnehmen. Ein Abgas aus der Diesel- Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine 1 kann sodann abgeführt werden, wobei ein Teilmassenstrom der Hochdruck-Abgasrückführung 2 bzw. der Niederdruck- Abgasrückführung 3 zugeführt wird. Des Weiteren wird ein Hauptstrom des Abgases über eine Turbine 10 des Abgasturboladers genutzt, um den Verdichter 8 anzutreiben. Anstatt eines Abgasturboladers kann auch eine andere Ladedruckaufladung ausgeführt sein. Hierzu kann beispielsweise ein mechanischer Lader oder sonstige Mittel genutzt werden. Der Turbine 10 nachgeordnet ist ein Dieselpartikelfilter 11 wie auch ein Katalysator 12. Der Einfachheit halber ist nur der Dieselpartikelfilter 11 dargestellt. Des Weiteren ist im Abgasstrang ebenfalls ein NOx-Sensor ebenso wie eine Lambda-Sonde angeordnet.

Die aus Fig. 1 hervorgehende Diesel-Nutzfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine 1 wird im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens wie folgt genutzt: Das AGR-Regelkonzept sieht vorzugsweise die dargestellte Kombination aus Hockdruck-AGR und Niederdruck-AGR vor, kann alternativ jedoch auch mit einem separaten Hochdruck-AGR oder Niederdruck- AGR ausgeführt sein. Im Abgas wird nach der Turbine 10 mit einem NOx-Sensor an der Position 2 im Kreis eine Abgaskonzentration gemessen. über einen Abgasdrucksensor, Position 3 im Kreis, und einem Abgastemperatursensor, Position 4 im Kreis, wird ein Zustand des Abgases, insbesondere eine Dichte, vor dem Stellventil 6, dem Hochdruck- AGR-Ventil gemessen. Ein Ladedruck P2 wird mit einem Ladedrucksensor an der Position 6 im Kreis gemessen. Im Stellventil 6 der Hochdruck-Abgasrückführung 2 wird eine Position SEGR des Ventils ermittelt. über eine Dichte des Abgases vor dem Ventil und unter Nutzung des Differenzdruckes aus P3 und P2 über dem Ventil kann sodann ein AGR-Massenstrom berechnet werden. Des Weiteren ist ein hier nicht näher beschriebe- nes Luftaufwandmodell vorhanden. Diesem wird der Ladedruck P2 und eine Saugrohrtemperatur T2, Positionen 6 und 7 jeweils im Kreis, zugeführt. Daraus kann das Luftaufwandmodell einen Motormassenstrom berechnen. Im Falle des Vorhandenseins von Niederdruck-AGR und Hochdruck-AGR, so wie dargestellt, ist es erforderlich, dass hierfür ebenfalls der Niederdruck-AGR-Massenstrom berechnet oder gemessen wird. Ist hinge- gen kein Niederdruck-AGR vorhanden, kann die AGR-Rate und der Frischluftmassenstrom über das Luftaufwandmodell ebenfalls berechnet werden. Ein Niederdruck-AGR- Massenstrom wird durch eine Differenzdruckmessung DP an der Position 8 im Kreis ermittelt. Hierzu wird vorzugsweise ein Druckabfall über eine Blende im Abgasstrang des Niederdruck-AGR-Pfades bestimmt. Alternativ hierzu kann ein Luftmassenmesser vor Niederdruck-AGR-Zuführung, Position 10 im Kreis, und ein Luftmassenmesser nach Nie- derdruck-AGR-Zuführung, Position 11 im Kreis, verwendet werden. Hieraus kann die Nie- derdruck-AGR-Rate berechnet werden. Ist ein Luftmassenmesser vorhanden, so kann gegebenenfalls auf das Modell einer Hochdruck-Abgas-Rückführung verzichtet werden und eine Hochdruck-Abgasrückführungsrate aus einem Frischluftmassenstrom, gemes- sen an der Position 11 im Kreis, und einem Motormassenstrom eines Luftaufwandmodells berechnet werden. Beispielsweise kann eine Abgasrückführungsrate auch über ein Modell ermittelt werden, wie es beispielsweise aus der DE 102 42 234 hervorgeht, auf welche diesbezüglich verwiesen wird.

Mittels der oben beschriebenen Sensoren und Modelle wird eine Berechnung der Abgasrückführungsrate und unter Nutzung eines Sauerstoffgehaltes des jeweils zurückgeführten Abgases eine Berechnung einer Sauerstoffkonzentration des der Verbrennungskraftma-

schine zugeführten Gases als Ziel ermöglicht. Hierbei kann ein Sauerstoffgehalt des zurückgeführten Abgases anhand eines Lambda-Signals des NOx-Sensors beispielsweise an der Position 2 im Kreis bestimmt werden. über eine Sauerstoffkonzentration am Motoreintritt 9 kann über Korrelationen, die in der oben angegebenen Dissertation beschrie- ben sind, eine Stickoxydkonzentration im Abgas berechnet werden. Bezüglich dieser Korrelation wird auf die Dissertation im Umfang dieser Anmeldung verwiesen. Mit dem zur Verfügung gestellten Aufbau ist es somit möglich, einen adaptiven NOx-Regler mit einer Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung betreiben zu können. Hierzu wird mittels eines Modells ein virtuelles NOx-Signal ermittelt. Dieses wird als Regelgröße genutzt und mit einem NOx-Sollwert verglichen. Dieser Sollwert wird vorzugsweise aus einem Kennfeld gewonnen und zwar in Abhängigkeit über eine Motordrehzahl und Motorlast. Ein konventioneller PID-Regler wird sodann genutzt, um eine Abweichung des virtuellen NOx- Signals von dem Sollwert anzuregein. Eine Stellgröße des PID-Reglers hierfür ist ein gewünschter AGR-Massenstrom. Dieser kann mit dem AGR-Modell in eine entsprechende Soll-AGR-Ventilposition umgerechnet werden. Das AGR-Modell berücksichtigt hierbei unter anderen den Zustand an dem jeweiligen AGR-Ventil und kann dadurch eine Kompensation zum Beispiel eines sich ändernden Druckes vor der Turbine zur Verfügung stellen. Eine interne Lageregelung des AGR-Ventils regelt eine Position des Ventils ein und meldet die tatsächliche Position an das AGR-Modell zurück, welches wiederum den aktu- eilen Ist-AGR-Massenstrom berechnet. Eine AGR-Reglerstruktur kann somit ein AGR- Modell, ein NOx-Modell sowie dazugeschaltet die Verbrennungskraftmaschine und entsprechende Datenströme dazwischen vorsehen. So gehen die Drücke P2, P3 wie auch die Temperatur TEGR und der Positionswert SEGR in das AGR-Modell ein. In ein Luftaufwandmodell gehen wiederum die Temperatur T2, ein Wert des Lambda-Sensors sowie der Druck P2 ein. Vom AGR-Modell wird der über das Modell ermittelte AGR- Massenstrom zur Verfügung gestellt. Das Luftaufwandmodell berechnet hieraus weitere Werte, insbesondere einen Massenstrom, der der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, ein Abgas-/Luftverhältnis sowie auch Werte des NOx-Sensor. Hieraus ermittelt das NOx-Modell ein virtuelles NOx-Signal. Dieses wird dem PID-Regler zur Verfügung ge- stellt, wobei der PID-Regler das virtuelle NOx-Signal verknüpft mit einem gewünschten NOx-Wert erhält. Der als Eingangssignal gewünschte NOx-Wert ergibt sich aus einem Kennfeld. Hieraus ermittelte der PID-Regler einen Massenstrom der Abgasrückführung, woraus sich über das AGR-Modell wiederum der Stellweg des jeweiligen Abgasrückführungsventils ergibt.

Die aus Fig. 1 hervorgehende virtuelle AGR-Rate, dort als 'Virtual EGR-Rate" bezeichnet, ist somit über eine Massenstrombilanz berechenbar. Die virtuelle AGR-Rate auf der

Hochdruckseite ist modellberechnet. Ein derartiger Ansatz ermöglicht insbesondere auch einen Entfall eines Luftmassenmessers.

Eine mögliche AGR-Reglerstruktur wie auch jeweilige Adaption im Rahmen des AGR- beziehungsweise NOx-Modells wird nachfolgend näher erläutert. Dieses ist jedoch nur eine von verschiedenen Möglichkeiten, wie eine Regelung umgesetzt werden kann.

Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht eine Adaption eines AGR-Massenstromes über eine Lambda-Sonde. Diese Adaption wie folgt vorgesehen: In ein Luftauffwandmodell, hier mit "engine-in-mass-model" bezeichnet, gehen die aus Fig. 1 bekannten Drücke und Temperaturen P2, T2 ein. In das AGR-Modell, hier "EGR-Modell" bezeichnet, gehen die Werte P2, P3, TEGR und SEGR ein. In das AGR-Modell für die Niederdruck-Abgasrückführung geht die Druckdifferenz DP sowie die Position SEGR _LP ein. LP steht hierbei für "low pressure". Unterhalb des AGR-Modells für die Niederdruck-Abgasrückführung ist schematisch eine Lambda-Sonde beziehungsweise die über die dort vorhandenen Sensoren ermittelten Werte angegeben. Die Struktur der Regelung sieht vor, dass die aus den jeweiligen Modellen ermittelten Massenströme jeweils miteinander verknüpft und weitergeführt werden. Um insbesondere auch den Transientenbereich im Rahmen der Regelung erfassen zu können, ist eine Lernfunktion, hier bezeichnet als "adaptive Learner", integriert vorhan- den. Mittels der dort hinterlegten Lernfunktion kann eine Anpassung der virtuell ermittelten Massenströme erfolgen. Hierbei wird, wie oben in Bezug auf Fig. 1 schon ausgeführt ein in der Niederdruck-Abgasrückführung rückgeführter AGR-Massenstrom virtuell ermittelt und über die Lernfunktion adaptiert werden. Dieser Wert geht in das Modell der Hochdruck-Abgasrückführung mit ein, worüber wiederum unter Verknüpfung mit dem Luftauf- wandmodell sich die virtuell ermittelten Massenströme für die Luft und die Abgasrückführungsrate ergeben, so dass darüber ein virtuelles Lambda, ein virtueller Sauerstoffgehalt sowie eine Abgasrückführungsrate sich ergeben. Dieses sind die Ergebnisse, die sich aus den virtuellen Abgasrückführungsmodellen und aus den Luftmassensensoren nun in das NOx-Modell überführt werden können.

Fig. 3 zeigt eine Adaption des NOx-Modells über die mittels des NOx-Sensors ermittelten Werte. Die aus Fig. 2 ermittelten virtuellen Werte Luftaufwand λ _-vιrtua i _> virtuelle AGR-Rate X _EGR virtuell und der virtuelle Sauerstoffmengenanteil ψo ₂ vιωai wird beispielsweise dazu genutzt, um ein virtuelles Oxidationsluftverhältnis A _{0x, V} i _rtual zu ermitteln. Dieses geht in ein Partikel-Modell ein. Daraus kann somit eine Partikelkonzentration C _PM im Abgas ermittelt werden. Aus dem Stoffmengenanteil ψ _{02, V} i _rtu a _l des Sauerstoffs wird unter Berücksichtigung einer Sauerstoffmengenanteilsdifferenz, die adaptiert wurde, ein korrigierter Stoffmengen-

anteil an Sauerstoff ψ ₀₂ . _V i _rtu a _l ∞ _rrected einem NOx-Modell zugeführt. Hieraus kann sodann ein virtueller Stoffmengenanteil an NOx bestimmt werden. Die Formel für die Bestimmung des Sauerstoffmengenanteils, der virtuell korrigiert ist, ergibt sich hierbei aus der aus Fig. 3 hervorgehenden Beziehung. Aus dem virtuellen Sauerstoffstoffmengenanteil und dem über eine Drehzahl N _engιne und einer Last q bestimmten Kennfeld wird ein Sollwert eines Sauerstoffstoffmengenanteils zugeführt. Gleiches erfolgt für einen Stoffmengenanteil an NOx als Sollwert aus einem Kennfeld, wobei dieser Wert mit dem vom NOx-Sensor ermittelten Stoffmengenanteil NOx auch verglichen wird. Während aus dem Vergleich des Sauerstoffstoffmengenanteils über eine Korrelation eine Differenz des NOx- Stoffmengenanteils als modellbasierter, schnell ermittelter Wert erfolgt, ergibt der Vergleich der NOx-Stoffmengenanteile aus Kennfeld beziehungsweise vom NOx-Sensor einen zweiten Differenzwert. Diese werden beide miteinander verglichen und sodann einer Lernfunktion zur Verfügung gestellt. Daraus wird sodann ein angepasster NOx-Wert nun einer inversen Korrelation zur Verfügung gestellt, aus der sodann sich ein Differenzwert für den Sauerstoffstoffmengenanteil in Form von δψ ₀₂ -Adapter ergibt. Die Korrelation, die vorzugsweise hierbei genutzt wird, ergibt sich aus der oben genannten Dissertation, insbesondere aus der auf Seite 7 angegebenen Gleichung 2-3. Der ermittelte Differenzwert geht sodann wieder in den Vergleich mit dem virtuell ermittelten Sauerstoffstoffmengenanteil ein und korrigiert diesen. Dieser korrigierter Wert geht in das NOx-Modell, wobei aus diesem NOx-Modell nun der virtuelle NOx-Stoffmengenanteil ψ _NOX, w _rtu ai ermittelt werden kann. Ziel hierbei ist es, dass der NOx-Wert, der von dem NOx-Sensor ermittelt wird, eine tatsächliche Zustandsbeschreibung angibt, und möglichst mit demjenigen Wert übereinstimmt, der als NOx-Stoffmengenanteil ψ _NOX , « _rtu ai schließlich durch das NOx-Modell auf diese Weise ermittelt werden konnte. Aufgrund der virtuell schneller verfügbaren Werte sowie der Nutzung der Lernfunktion und damit der Adaptierung kann eine schnellere und insbesondere auch präzisere Einstellung eines Massenstromes an der Abgasrückführung erfolgen, um die gewünschten Stickstoffwerte bzw. Partikelwerte einhalten zu können.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel, insbesondere in Anlehnung an dem aus Fig. 2 hervor- gehendem System, zur Ermittlung von Massenströmen unter Nutzung eines Massenbeladungsmodells eines Zylinders. Neben der Nutzung der einzelnen Modelle erfolgt bei der aus Fig. 4 hervorgehenden Umsetzung eine Anpassung der Massenbeladung aus dem Modell "Engine-in Mass Modell" über eine dargestellte Adaption. Der so bestimmte Wert wird schließlich genutzt, um einen virtuellen Luftwert zu erhalten. Gleichzeitig wird dieser mit einem virtuellen AGR-Massenstrom und einer Last verknüpft, so dass das sich anschließende Modul die virtuellen Werte Luftaufwand λ-vi _r tuai. die virtuelle AGR-Rate X _EGR Vrtueii und den virtuellen Sauerstoffmengenanteil ψo ₂ vι _rua i bestimmen kann.

Aus den einzelnen Figuren gehen jeweils verschiedene Parameter, Eingangs- wie auch Ausgangsgrößen und Verknüpfungen hervor. Diese sind nicht im Einzelnen wörtlich beschrieben, sind aber so wie dargestellt aus den Figuren zu entnehmen. Die Figuren und ihr Inhalt sind jedoch nicht beschränkend sondern als Beispiel auszulegen. Daher können Teile der Verknüpfungen, Parameter, Ein- und Auslassgrößen auch geändert, weggelassen oder durch andere ergänzt werden. Auch können aus einzelnen Teilen oder Abschnitten wie auch Parametern, Verknüpfungen, Ein und Auslassgrößen neue Schemata zusammengefügt werden, mit denen Das Verfahren ausgeführt und die Steuerung aufgesetzt werden kann.